大学化学(有机物医学)第二章：立体化学(授课讲义)

第二章立体化学 习题集p302 编号为 答案 1R 2R 3 如何画化学分子式 球棍模型 ChemOffice 填充模型 CHClBrI的立体视图 构造异构立体异构 分子中原子间的排列顺序 结合方式 构造相同 原子在空间排布方式不同 顺反异构对映异构构象异构 同分异构 对映异构又叫光学异构或旋光异构 它是一类与物质的旋光性质有关的立体异构 一 手性分子和对映体 二 旋光性 三 费歇尔投影式 四 构型标记法 五 含两个C 的对映异构 六 手性分子的生物作用 立体化学基础 手性分子 一 手性分子和对映体 1 基本概念 左手的镜像是右手 右手的镜像是左手 手性 手性分子 对映异构体 对映体 实物 镜象 左右手互为镜像与实物关系 称为对映关系 彼此又不能重合的现象称为手性 2 含有一个手性C的对映异构 乳酸 手性中心 透视式 透视式 Foil10 含有一个手性碳原子的化合物必 结论1 非手性分子 C连四个不同的基团 定是手性化合物 有一对对映体 一对对映体有相同的物理性质 除了与手性试剂反应外 对映体的化学性质也相同 两者还有十分重要的不同性质 对偏振光的作用不同 生理作用上有着显著的不同 3 判断对映体的方法 1 最直接的方法是建造一个分子及其镜像的模型 如果两者能重合 说明分子无手性 没有对映异构现象 如果两者不能重合 则为手性分子 有对映异构现象 存在对映体 2 考察分子有无对称面 如果分子有对称面 则该分子与其镜像就能重合 没有对映异构现象 3 大多数情况下 可根据分子中是否存在手性碳原子 或手性中心 来判断分子是否有手性 哪些分子是手性分子 想一想 手性分子 非手性分子 手性分子 非手性分子 非手性分子 手性分子 二 旋光性 1 旋光度与比旋光度 手性化合物具有旋光性 只在一个平面上振动的光称为平面偏振光 plane polarizedlight 简称偏振光 偏振光的振动平面习惯称为偏振面 化合物能使偏振光的偏振面旋转的性能称为旋光性 opticalactivity 手性化合物都具有旋光性 圆盘旋光仪 自动旋光仪 为了使一个化合物的旋光度成为特征物理常数 通常用1dm长的旋光管 待测物质的浓度为1g ml 用波长为589nm的钠光 D线 条件下 所测得的旋光度 称为比旋光度 将胆固醇样品260mg溶于5mL氯仿中 然后将其装满5cm长的旋光管 在室温 20 时通过偏振的钠光 测得旋光度为 2 5 计算胆固醇的比旋光度 想一想 代表的意义 比旋光度为78 2o 测定时温度20度 钠光D线为光源 甲醇作溶剂 物质的浓度为1 的情况下测定的 2 对映体物理常数的特点 3 外消旋体 一对对映体的等量混合物 乳酸的一些物理常数 D t 一对对映体的比旋光度大小相等 方向相反 三 费歇尔 Fischer 投影式 1 表示方法 321 乳酸 2 书写Fischer投影式须注意 1 Fischer投影式不能离开纸面翻转 只能在纸面上旋转180 或其整数倍 若转90 或270 构型发生改变 离开纸面翻转 在纸面旋转180 转90 2 Fischer投影式手性碳原子上所连的原子或基团可以两两相互交换偶数次 但不能交换奇数次 适用于只含一个手性碳原子的情况 3 Fischer投影式中保持一个基团不变 而把另外三个基团顺时针或逆时针地调换位置 其构型不变 2 3 4 四 构型标记法 1 D L构型标记法 相对构型 D 甘油酸 L 丙氨酸 常用于糖类和氨基酸的构型标记 在无法测知化合物真实构型的情况下 Fischer当年人为地规定 甘油为D 构型 其对映体 甘油醛为L 构型 1951年 J M Bijvoet用X 衍射技术测定了 酒石酸铷钾盐的绝对构型之后 确定了原来人为规定的D 甘油醛的构型 相对构型 刚巧就是它的真实构型 绝对构型 这样以甘油醛为标准物 确定的其它化合物的构型 自然也是绝对构型了 2 R S构型标记法 1979年被IUPAC建议采用 1 标记R S构型的步骤 按原子序数大小确定与手性碳原子相连的四个原子或基团的大小顺序 将手性碳原子的四个原子或基团中最小的原子或基团置于最远的位置 观察另外三个原子或基团由大到小的顺序 如顺时针方向即为R构型 逆时针方向为S构型 I Br Cl SH OH NH2 CH3 D H 次序规则的主要原则 A 先大后小 先重后轻原子序数大者优先 相同原子则同位素重者优先 顺序规则的核心 B 当直接相连的原子相同时 就延伸下去 逐个比较次接原子 若还是相同 则继续顺着原子链找下去 直到找到优先基团为止 顺藤摸瓜 CH2CH2CH3 CH2CH3 CH3 看作 看作 看作 C 遇到双键或叁键时 则当作两个或三个单键看待 重键化单 基团大小的次序 R 2 丁醇 S 2 丁醇 要点 按照次序规则排次序 顺时针为R 逆时针为S构型 试标记乳酸的构型 想一想 R 乳酸 乳酸 S OH COOH CH3 末优基团在竖方向 即上或下 时 只须在纸平面上沿最优 次优 再次优基团画圆弧 顺时针为R型 反之为S型 2 R S构型标记法在Fischer投影式中的应用 Br Cl CH3 R S 末优基团处在横方向 即左或右 时 用同样的方法画圆弧 顺时针为S型 反之为R型 R S 五 含两个手性C的对映异构 2R 3R 2S 3S 2S 3R 2R 3S 非对映体 2 3 二羟基丁二酸 酒石酸 2R 3R2S 3S 内消旋体 2R 3S 2S 3R 立体异构体数 2n 用R S构型命名法指出下面化合物的构型 并说明其相互关系 1 2 2R 3S 2S 3R 想一想 2 3 2 3 相互关系 对映体 无论是D L还是R S标记方法 都不能通过其标记的构型来判断旋光方向 因为旋光方向是化合物的固有性质 而对化合物的构型标记只是人为的规定 目前从一个化合物的构型还无法准确地判断其旋光方向 只能依靠其它方法测定 注意 六 手性分子的生物作用 1 手性药物的生理效应 1R 2R 1S 2S 抗菌活性 100 0 4 合霉素 外消旋体已淘汰 镇静催眠药 沙利度胺Thalidomide 历史教训 1959 1962年欧洲 造成6000多名无头或缺腿缺手的 海豹儿 还能够显著抑制孕妇的妊娠反应 止吐等反应 所以叫做反应停 S 对胚胎有很强的致畸作用 R 有镇静作用 消除孕妇妊娠反应 沙利度胺Thalidomide 手性分子与手性生物受体之间的相互作用 a 一个对映体容易进入手性的受体靶位 发挥它的生物效应 b 另一个对映体不能合适地进入相同的受体靶位 因此它没有同样的生物效应 a b 阴离子部位 阴离子部位 平面区 平面区 受体 受体未接触部位 L 肾上腺素 D 肾上腺素 血管收缩作用 D型比L型强12 20倍 人体为什么有左旋和右旋 手性 之分 现代科学从陨石的研究发现 地球的的生命来自太空 由于星际磁场的原因 使左旋氨基酸的含量占据了主导地位 太阳系尘埃和气体在形成之初 某些化学过程导致了这一现象 太阳星云辐射的条件下 产生了左旋氨基酸 或破坏了右旋氨基酸 最初的左旋过量经一种类似于结晶化的过程而被放大 除了少数动物或昆虫的特定器官内含有少量的右旋氨基酸之外 组成地球生命体的几乎都是左旋氨基酸 而没有右旋氨基酸 2 手性药物 二十一世纪的宠儿 3 外消旋体的拆分 手性药物的来源 从自然界直接提取 从自然界提取后